RASCAMAutomatisering met de Raspberry Pi door Lex Peters (PE1CVJ)

Agenda

• Introductie en scope van de presentatie

• digiHAM

• RASCAM concept in detail

• RASCAM ontwikkeling in de praktijk

• RASCAM Demo

• Vragen

Introductie & Scope I

• PE1CVJ = Lex Peters, QTH Amstelveen

• Sinds 1979 gelicenseerd radio amateur

• In ver verleden HTS elektro gestart maar niet afgemaakt

• Veel affiniteit met automatisering , m.n. besturingssystemen, maar geen programmeur van beroep

• Lange- en vooral drukke carrière in m.n. management functies binnen IT organisaties van grote banken

• Sinds 2013 meer tijd om me verder te verdiepen in zowel automatisering als ATV gerelateerde zaken

• Sinds enkele jaren bezig, samen met een kleine groep (zeer enthousiaste) ATV amateurs, met de verdere ontwikkeling en professionalisering van onze ATV omgevingen onder de naam :“ATV Collectief Amstelland”

Wie is PE1CVJ?

Introductie & Scope II

• RASCAM staat voor Remote ATV Station Control- AndMonitoring (system)

• RASCAM is een concept, bedoeld voor het op afstand besturen en monitoren van ATV apparatuur

• De trigger voor het daadwerkelijk uitwerken van dit concept was het meer en meer verplaatsen van ATV apparatuur uit de shack van PE1ASH (Renny) in Mijdrecht, naar het topje van zijn 30 meter hoge mast

• Status: eerste RASCAM prototype is ontwikkeld, gebouwd en als Proof of Concept (PoC) bij PE1ASH geïnstalleerd

• De PoC is geslaagd en op dit moment volledig operationeel bij PE1ASH

• Systeem nu verder in ontwikkeling

• Gevraagd is om de details van het RASCAM concept en uitwerking hiervan met de deelnemers van de VHF dag te delen

• Zie ook artikel in Electron (november 2016)

Wat is RASCAM?

digiHAM

• Wie van de deelnemers doet zelf aan- of heeft kennis van:

• ATV

• Digitale ontwikkelingen (programmeren/functionele toepassingen)

• Digitale technieken zullen een steeds prominentere plaats krijgen in de HAM wereld door:

• IoT ontwikkeling en de vele nieuwe mogelijkheden die ook voor HAMs beschikbaar komen

• Prijs van “intelligente” componenten (eBay, Ali)

• Software Defined Everything, niet alleen SDR

• Ontwikkeling en onderhoud snel en goedkoop

• Veelvoud aan mogelijkheden t.o.v. hardware oplossingen

• Digitale modes (Digitale TV nu ook eenvoudig te realiseren)

• Mogelijkheden zijn legio (tegen geringe investering)!!

Hoe “digitaal” is de VHF radio amateur inmiddels gezien de digitale ontwikkelingen?

RASCAM Concept in detail I

• Van maximaal 8 ATV units (Tx apparaten) boven in de mast dient beneden in de shack (of waar dan ook) het volgende remote te kunnen worden gemeten:

• Temperatuur (eindtrap)

• Opgenomen stroom

• Uitgezonden vermogen (FWD)

• Gereflecteerd vermogen (Refl)

• Per unit dient er minimaal één regelspanning van de shacknaar de apparaten remote te kunnen worden verzonden (b.v. voor biasspanning regeling eindtrap)

• Per unit dienen remote relais (om)geschakeld te kunnen worden (max. 8) voor nog nader te benoemen functies (b.v. ventilatoren, afschakelen bij te hoge stroom etc.)

• Per unit dienen ook een aantal schakelstanden/indicators (max. 8) te kunnen worden teruggegeven vanuit het apparaat aan de client (b.v. status van een relais, alarm spanning o.i.d.)

Pakket van eisen voor RASCAM functies, gebaseerd op de uit te voeren PoC bij PE1ASH

RASCAM Concept in detail II

Client – Server concept Ontwikkelkeuzes

• Sensor bus: I2C (SMBUS)

• 4xADC en 1xDAC: PCF8591T van NXP

• 8xdigi Out en 8xdigi In: MCP23017 van Microchip

• Server: Raspberry Pi 1b

• Linux omgeving

• Python als programmeertaal

• Network: normale IP LAN met internetaansluiting via router

• Client: PC

• Windows omgeving

• (Win)Python als programmeertaal

• QT als grafische ontwikkelomgeving

Server

Client

Network

Sensors

User

Sensor bus

Switches

Controls

RASCAM PoC opstelling

TRx UnitMax. 8 units

ADC board DSS board8 x Digi in/out

Relais board met 8 x relais om

Temp

Pwr Forward

Current

Pwr Refl.

RPiserver

BUSI2C

Sensors

Boven

IP BUS (LAN)

Beneden

RASCAM ConceptATV Collectief Amstelland

By PE1CVJ

ACS

MOCCA

internet

Bias

RASCAM Communicatie protocollen

Sensor Bus: I2C Network: IP

• Initieel (bij opstarten programma):

• Server (ACS) controleert of- en welke boards per unit aanwezig zijn

• Board status per unit wordt vastgelegd in de server voor later gebruik

• Ongoing:

• Server leest iedere seconde per aanwezig board de gemeten waarde(n) per device

• Waarden en status worden opgeslagen voor uitvraag door client

• Waarden en status worden weergegeven in serverscherm

• Server geeft evt. ontvangen client opdrachten door aan de betreffende devices voor specifieke unit (b.v. Bias spanning, set relais etc. )

• Initieel (bij opstarten programma):

• Server maakt zich bekend op IP netwerk en start met luisteren naar mogelijk client (socket)

• Bij aanmelden van een client (MOCCA):

• Zet een IP verbinding op tussen client en server gebaseerd op IP adres en poortnummer

• Start monitoring verbinding status

• Client vraagt initieel status van devices etc.

• Bij verbinding met client:

• Client vraagt iedere seconde de waarden van de sensors aan de server

• Bij uitvraag richting server worden eventuele device opdrachten meegestuurd

• Fixed data format

Software development (Server)

Server: ACS (ATV Control Server) Kenmerken

• Python programma draait op de RPi

• Leest en schrijft sensor data via I2C bus

• Regelt communicatie met client(MOCCA) via IP netwerk

• Zit boven in de mast

• “Toetsenbord en beeldscherm” virtueel op PC via VNCviewer

• Logging en status zichtbaar

Software development (Client)

Client: MOCCA (Monitoring & Control Client Application) Kenmerken

• Python programma draait op de clientPC

• Is de user interface voor weergeven van sensor data en invoeren van commando’s

• Communiceert met server (ACS) via IP netwerk

• Tabblad per unit

• Units definieerbaar door gebruiker

• Kalibratie en schaalinstelling mogelijk

Hardware development (ADC board)

ADC (Analog Digital Converter) print Componenten

• PCF8591T: I2C ADC-DAC

• Printontwerp met Express PCB

• ACS712: Stroom meting (100mV/A)

• LM35: temperatuur meting (10mV/oC)

• DAC versterking met OPA2277 OpAmp

• Standaard connectors xh 2.54

Hardware development (DSS Board)

DSS (Digital Status & Switch) print Componenten

• MCP230017 I2C 16 IO poorten

• Printontwerp met Express PCB

• Gebaseerd op relaisbank Ali Express 8xom 10A voor ca. Eur 4,75

• Standaard connectors xh 2.54

Proof of ConceptImplementatie en testen in de praktijk bij PE1ASH

PE1ASH testlocatieHoe ziet de PoC praktijk eruit?

Hoofdschotel: 1,75 meter diameterHoogte: 30 meter

PE1ASH testlocatieGelukkig kan de apparatuur per lift naar beneden…..

PE1ASH testlocatieGeholpen door 60 kg lood

PE1ASH testlocatieDetailopname van het apparatuurblok…..

RPi met distribution board

SMA relais en LNA’s

6 en 9 cm eindtrap

Filterkast

23cm eindtrap

13cm eindtrap

PE1ASH testlocatieHet kunststof kastje met de RPi , voedingen en distributie board

I2C conversie board3.3V naar 5V

PE1ASH testlocatieTwee ADC boards ingebouwd in de 6 en 9cm kast.

PE1ASH testlocatieADC kaart in de 23cm kast

PE1ASH testlocatie13 cm kast. ADC board i.v.m. grote vermogen in aparte kast bovenop geplaatst.

PE1ASH testlocatieIn de shack… also known as “Houston Control”

MOCCA Client application

ACS Server monitor scherm via TightVNC verbinding

DEMORASCAM “Ontwikkeldoos” met netwerk simulatie

Vragen(voor zeer specialistische vragen ben ik ook in de pauze beschikbaar)